超材料电磁吸波器件是近年来出现的一种新型人工电磁吸波器件,其独特的电磁特性使之迅速成为电磁吸波领域中的研究热点。自2008年第一个超材料电磁吸波器件成功实现以来,超材料电磁吸波器件在国内外学术界和工业界的广泛关注下已经发展成为一个集物理学、工程学、材料学、光电信息学于一体的新型学科。本文主要研究工作在可见光到中红外波段的超材料电磁吸波器件,采用理论仿真指导实验制备的方法,从宽带完美吸收、热相变辐射调控及选择性辐射等物理现象着手,在深入剖析相关超材料电磁吸波器件物理机制的基础上,对吸波器件在太阳能光热转化、大气窗口动态调控、无源辐射制冷等方面的应用进行了系统的研究,对可见光至中红外波段的电磁波与物质之间的作用方式进行了深入的分析。本文详细的研究工作及创新如下:第一,在可见光到近红外波段设计并模拟了一种新型超宽带超材料电磁吸波器件,所提出器件的结构从上到下依次为二氧化硅（Si O2）、钛（Ti）、氟化镁（Mg F2）和铝（Al）,上层Si O2和Ti层为矩形立方体。仿真结果表明该吸波器件在可见光至近红外波段平均吸收率可达95.14%。研究发现,这种超宽带完美吸收现象得益于传播型表面等离极化激元（PSPR）、局域型表面等离极化激元（LSPR）和法布里-珀罗腔的共同激发。此外,该器件对于电磁波入射角不敏感且不受电磁波偏振的影响。由于该吸波器件具有上述特点,所以在热电子设备、太阳能光热转化等领域具有广阔的应用前景。第二,在近红外到中红外波段仿真设计了一种超材料动态热辐射调控器,可作为中红外大气窗口的内外辐射开关。该调控器采用多层金属-介质-金属（MIM）结构,并且利用了具有相变特性的二氧化钒（VO2）材料。它的宽带辐射和动态热可调特性是由分离的磁谐振、表面等离极化激元（SPP）和VO2的热相变特性共同决定的。当环境温度低于VO2相变温度时,调控器可以从外界吸收热量实现增温;当环境温度高于VO2相变温度时,调控器可以向外辐射散热实现降温。这些现象表明该调控器在智能温控系统中具有潜在应用。第三,在中红外波段设计并制作了一种应用于潮湿环境的超疏水亚环境辐射制冷器,该辐射制冷器由200 nm厚的银（Ag）、100μm厚的聚氟乙烯（PVF）薄膜和直径为20 nm的改性Si O2纳米球构成。由低表面能高分子材料改性的Si O2纳米球不仅增强了制冷器的红外辐射,而且增加了制冷器表面的粗糙度,使其具有超疏水性能。辐射制冷器在太阳辐射波段的平均吸收率小于4%,在大气窗口波段的平均辐射率超过90%。实验结果表明,该制冷器可以在高湿度环境中减少表面露水的停留从而实现低于环境温度的辐射制冷,这对改变潮湿炎热地区的能源消费模式有重要意义。